變電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)防雷措施應(yīng)用探討

蔣志華

（廣西合浦縣供電公司，廣西 合浦 536100）

引言

隨著我國(guó)電力自動(dòng)化技術(shù)的成熟和推廣，大部分縣級(jí)供電企業(yè)變電站開始大規(guī)模應(yīng)用變電綜合自動(dòng)化技術(shù)，微機(jī)一體化測(cè)控裝置、通信管理器等大量自動(dòng)化設(shè)備投入運(yùn)行。高效的新技術(shù)、新設(shè)備為縣級(jí)變電站向無人值守化、運(yùn)行管理自動(dòng)化邁進(jìn)提供了基礎(chǔ)，提高了供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。但自動(dòng)化微機(jī)裝置對(duì)外界的干擾極為敏感，電流、電壓沖擊耐受能力弱小。特別是雷擊過電壓對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)電源、通信等回路的沖擊，常常破壞自動(dòng)化設(shè)備的穩(wěn)定性甚至使裝置損壞。本文通過分析變電自動(dòng)化系統(tǒng)過電壓產(chǎn)生的來源，進(jìn)而有針對(duì)性地提出對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行四級(jí)保護(hù)等過電壓防護(hù)措施。

1 自動(dòng)化系統(tǒng)過電壓的主要來源

1.1 來自通信通道的過電壓

來自通信通道的過電壓，主要是通信通道引入雷電引起的感應(yīng)過電壓，如通信電纜或鋼芯光纜通過銅線或鋼芯引入雷電感應(yīng)過電壓。該過電壓使通信通道與設(shè)備之間有一定的電位差直接作用于串行通信口、光收發(fā)設(shè)備通信接口，會(huì)直接損壞微機(jī)和通信設(shè)備的串行口、光收發(fā)口，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞微型計(jì)算機(jī)及通信設(shè)備。如我公司35kV 西場(chǎng)變電站，通信通道采用帶鋼芯的光纜直接接至通信用的光端機(jī)，2007年7月，架設(shè)光纜用的鋼絞線因雷擊流過雷電流，與鋼絞線平行架設(shè)的光纜鋼芯通過互感耦合產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，致使光端機(jī)燒毀。

1.2 來自站用電源的過電壓

雷擊過電壓的暫態(tài)沖擊會(huì)通過站用電電源線，引入雷電電磁脈沖引起瞬態(tài)過電壓，直接進(jìn)入自動(dòng)化設(shè)備電源系統(tǒng)，將引起設(shè)備電源模塊甚至整套設(shè)備的損壞。如我公司110kV 大龍變電站，站用電低壓側(cè)無防雷設(shè)施，2004年8月，10kV 站用變二次側(cè)通過電磁感應(yīng)，在二次電纜上產(chǎn)生過電壓，將同樣無防過電壓設(shè)施的直流系統(tǒng)交流進(jìn)線設(shè)備擊壞、燒毀。此外，站用電低壓電纜因互感耦合引起的感應(yīng)過電壓，嚴(yán)重時(shí)也會(huì)引起自動(dòng)化設(shè)備的損壞。

1.3 來自二次電纜的過電壓

如高壓電流互感器和電壓互感器采樣的二次電纜通道，雷電電磁脈沖很容易從這兩種高壓設(shè)備侵入二次自動(dòng)化設(shè)備。此外，二次電纜附近的接地體流過雷電流時(shí)，會(huì)通過互感耦合在二次電纜上產(chǎn)生干擾電壓，此干擾電壓在二次電纜上形成的感應(yīng)電壓也可能損壞自動(dòng)化設(shè)備。

2 自動(dòng)化系統(tǒng)的防雷措施

在認(rèn)識(shí)以上對(duì)自動(dòng)化設(shè)備產(chǎn)生影響的過電壓來源后，采取有針對(duì)性的防護(hù)措施，截減來自各方的過電壓，才能全方位地保護(hù)自動(dòng)化設(shè)備免受過電壓的影響，提高自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行可靠性。

2.1 保證接地網(wǎng)電阻合格、設(shè)計(jì)規(guī)范

接地電阻越小，過電壓值越小，因此良好的接地是防雷的關(guān)鍵一環(huán)。接地電阻的要求如下表。

?

合格的接地電阻能有效限制地電位升高，而根據(jù)實(shí)際情況對(duì)接地網(wǎng)進(jìn)行規(guī)范的設(shè)計(jì)則能更有效地發(fā)揮接地網(wǎng)的防雷作用。在接地網(wǎng)設(shè)計(jì)或改造時(shí)，應(yīng)注意以下設(shè)計(jì)應(yīng)用：

2.1.1 在構(gòu)架避雷針、避雷器下增加垂直接地極，的放射狀的水平接地以降低其沖擊接地電阻,防止雷電流入地時(shí)造成的局部地電位升高向二次電纜反擊；

2.1.2 在設(shè)計(jì)接地網(wǎng)時(shí)應(yīng)盡量采用方孔地網(wǎng)以改善地面電位分布，對(duì)方孔地網(wǎng)的網(wǎng)格大小要從地電位分布均勻考慮,防止局部電位升高；

2.1.3 在電纜溝內(nèi)要設(shè)置接地帶、在電纜溝附近要設(shè)置與電纜溝平行的水平均壓帶以改善電纜溝的電位均勻。防止地電位不均對(duì)二次回路的干擾；

2.1.4 接地網(wǎng)表面的地電位分布要滿足接觸電壓和跨步電壓的要求。

2.2 通信通道的防過壓措施

2.2.1 對(duì)采用架空光纜作通信通道的變電站，應(yīng)避免帶鋼芯的光纜直接接入光收發(fā)設(shè)備。應(yīng)在控制室外將光纜轉(zhuǎn)接為不帶鋼芯的光纜后，再接入控制室內(nèi)的光收發(fā)設(shè)備上。避免感應(yīng)過電壓通過光纜鋼芯損壞設(shè)備。另外，應(yīng)將架設(shè)光纜的鋼絞線在站內(nèi)可靠與接地網(wǎng)連接，將鋼絞線上的雷電流直接引入地網(wǎng)，進(jìn)而降低感應(yīng)過電壓。

2.2.2 對(duì)采用電纜作通信通道的變電站，室外通信電纜應(yīng)采用屏蔽電纜，屏蔽層兩端要接地；對(duì)于既有鎧帶又有屏蔽層的電纜，在室內(nèi)應(yīng)將鎧帶與屏蔽層同時(shí)接地，而在另一端只將屏蔽層接地。電纜進(jìn)入室內(nèi)前水平埋地10m 以上，埋地深度應(yīng)大于0.6m；非屏蔽電纜應(yīng)穿鍍鋅鐵管并水平埋地10m 以上，鐵管兩端應(yīng)接地。無論室內(nèi)、室外，通信電纜應(yīng)盡可能與強(qiáng)電導(dǎo)線分開排放。同時(shí)，在通信電纜末端加裝信號(hào)電涌保護(hù)器，這樣針對(duì)通信通道形成的防護(hù)措施較全面、有效。

2.3 站用電電源防過壓措施

變電站內(nèi)10kV/380V 所內(nèi)變壓器，且經(jīng)驗(yàn)證明變電站內(nèi)60%的累積事故均為電源系統(tǒng)防雷措施不完善造成的，因此，自動(dòng)化系統(tǒng)防過電壓保護(hù)，電源系統(tǒng)防護(hù)應(yīng)放于重要位置。除了在站用變高、低壓側(cè)安裝避雷器外，還應(yīng)參照GB 50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》的要求，對(duì)變電自動(dòng)化低壓配電系統(tǒng)采用3～4 級(jí)電涌保護(hù)器進(jìn)行保護(hù)。

2.3.1 一級(jí)電源保護(hù)：在10kV/380V 所內(nèi)變壓器低壓側(cè)安裝大容量三相電源電涌保護(hù)器。如KJRX80-B/4M 電涌保護(hù)器，電壓380V、保護(hù)水平 2500V、通流容量80kA、8/20ms 沖擊波形、響應(yīng)時(shí)間≤25ns。

2.3.2 二級(jí)電源保護(hù)：站用配電柜饋線電源安裝三相電源型電涌保護(hù)器。如KJRX60-B/4M電涌保護(hù)器。

2.3.3 三級(jí)電源保護(hù)：自動(dòng)化設(shè)備交流電源進(jìn)線端安裝三相電源型電涌保護(hù)器。如KJRX40-B/4M 電涌保護(hù)器。

2.3.4 四級(jí)電源保護(hù)：由于自動(dòng)化系統(tǒng)控制電源的需要，必須將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，因此直流電源的安全穩(wěn)定是自動(dòng)化系統(tǒng)安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)。為防止雷電電磁脈沖對(duì)直流電源造成損害，在整流電源側(cè)加裝KJRA 系列電源型電涌保護(hù)器，從根本上解決雷擊對(duì)直流系統(tǒng)的損害。

通過逐級(jí)的防護(hù)，可以將雷電流最大限度地控制在自動(dòng)化裝置允許的耐受范圍之內(nèi)，以確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

2.4 二次回路的防過壓措施

2.4.1 自動(dòng)化系統(tǒng)遙測(cè)通道采集的模擬量，大多數(shù)來自一次系統(tǒng)的電壓互感器和電流互感器；遙信通道采集開關(guān)量，主要是斷路器、隔離開關(guān)的輔助觸點(diǎn)等；遙控通道輸出的開關(guān)量，大多數(shù)也是對(duì)斷路器、隔離開關(guān)的控制。它們均處于強(qiáng)電回路中，電磁干擾較強(qiáng)，不能直接輸入到自動(dòng)化系統(tǒng)，必須經(jīng)過光耦合元件、繼電器或隔離變壓器隔離。采用隔離變壓器隔離時(shí)，隔離變壓器一次、二次中間必須有隔離層和屏蔽層，而且屏蔽層必須安全接地，這樣可起電場(chǎng)屏蔽作用，防止高頻信號(hào)通過分布電容進(jìn)入自動(dòng)化系統(tǒng)的相應(yīng)部件。采用光耦合隔離，在開關(guān)量模塊的出、入口處各設(shè)置一級(jí)光電隔離，效果會(huì)比較好。

2.4.2 二次回路布線時(shí)，應(yīng)考慮隔離，減少互感耦合，避免干擾由互感耦合侵入。控制電纜盡可能離開高壓母線，并盡可能減少平行布設(shè)長(zhǎng)度。避雷器和避雷針的接地點(diǎn)、電容式電壓互感器等都是高頻暫態(tài)電流的入地點(diǎn)，控制電纜也應(yīng)盡可能離開它們，以便減少感應(yīng)耦合。

3 結(jié)束語(yǔ)

變電自動(dòng)化系統(tǒng)防雷是個(gè)系統(tǒng)工程，必須根據(jù)實(shí)際情況綜合分析，找出防雷弱點(diǎn)，有針對(duì)性地采取措施。經(jīng)濟(jì)、合理、有效的防雷系統(tǒng)是自動(dòng)化系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的保證，是電力穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)供應(yīng)的保證。

[1]李景祿.發(fā)電廠、變電所弱電系統(tǒng)防雷保護(hù)研究[2008-07-29],http://www.dq.shejis.com/new_lw/html/25702.shtml

[2]中華人民共和國(guó)建設(shè)部,GB 50343-2004 建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范,北京；中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2004年.